缸蓋、缸體加工刀具失效分析

金延安

上海華普發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司 上海 201501

關(guān)鍵字：缸蓋；內(nèi)冷鉸刀；專(zhuān)用鏜刀；四螺旋齒

1 序言

缸蓋、缸體生產(chǎn)線加工設(shè)備完成后，先在機(jī)床制造廠按照工藝流程排列，接入水、電，進(jìn)行試生產(chǎn)，加工合格后，再移到用戶公司進(jìn)行缸體、缸蓋整條生產(chǎn)線安裝，并對(duì)設(shè)備作批量生產(chǎn)考核。整個(gè)試生產(chǎn)階段，出現(xiàn)最多的問(wèn)題是刀具失效，刀具是生產(chǎn)線穩(wěn)定加工的關(guān)鍵。現(xiàn)對(duì)刀具出現(xiàn)的主要問(wèn)題及解決措施進(jìn)行分析。

2 缸蓋生產(chǎn)線

1）氣門(mén)導(dǎo)管內(nèi)孔尺寸φ6H7和表面粗糙度值Ra＝3.2μm在試生產(chǎn)時(shí)未達(dá)到要求。采用上?，斉临Q(mào)易有限公司（MAPAL）的導(dǎo)管孔專(zhuān)用鏜刀（見(jiàn)圖1）進(jìn)行加工，當(dāng)加工＜30件時(shí)，內(nèi)孔表面粗糙度值Ra＝3.2μm，符合要求。隨著加工件數(shù)量的增加，內(nèi)孔表面出現(xiàn)不連續(xù)的環(huán)形痕跡，內(nèi)孔表面質(zhì)量不合格，鏜孔基本失效。

圖1 氣門(mén)導(dǎo)管孔專(zhuān)用鏜刀

經(jīng)分析，失效原因如下：缸蓋導(dǎo)管孔L/D＞10（屬于深孔加工），孔內(nèi)切削液供應(yīng)不充分，冷卻效果達(dá)不到理想狀態(tài)，造成鏜刀刀尖與內(nèi)孔表面切削接觸處溫度升高，加快鏜刀切削刃磨損，致使鏜刀切削阻力增加，引起鏜桿不連續(xù)振動(dòng)，導(dǎo)致缸蓋導(dǎo)管內(nèi)孔表面出現(xiàn)鏜刀的環(huán)形痕跡。氣門(mén)導(dǎo)管內(nèi)孔端面處于缸蓋內(nèi)部（見(jiàn)圖2），鏜桿在實(shí)際加工中處于比氣門(mén)導(dǎo)管全長(zhǎng)更長(zhǎng)的懸臂狀態(tài)。鏜桿直徑5mm，剛性不足，引起鏜刀不連續(xù)振動(dòng)，造成缸蓋導(dǎo)管內(nèi)孔表面出現(xiàn)環(huán)形振動(dòng)痕跡。由于鏜刀刀片尺寸小，人工安裝調(diào)整刀片無(wú)法達(dá)到理想設(shè)計(jì)位置，所以鏜刀處于非常規(guī)的切削狀態(tài)，引起氣門(mén)導(dǎo)管內(nèi)孔表面加工質(zhì)量下降。

圖2 氣門(mén)導(dǎo)管內(nèi)孔端面

另外，MAPAL公司的加工氣門(mén)導(dǎo)管孔專(zhuān)用鏜刀，其刀片尺寸小，無(wú)法在車(chē)間磨刀房刃磨，用鈍的鏜刀片只能使用一次就報(bào)廢，增加刀具成本，且無(wú)法解決刀具使用壽命和加工質(zhì)量?jī)纱箅y題。采用專(zhuān)用鏜頭，一次定位，加工氣門(mén)導(dǎo)管內(nèi)孔和氣門(mén)座圈密封面，先鉸孔，鉸刀在液壓缸作用下快速退出至鉸刀導(dǎo)套內(nèi)，再加工氣門(mén)座圈60°、90°和120°錐面，最終形成寬1.2mm密封面。經(jīng)驗(yàn)證，鉸孔能滿足氣門(mén)導(dǎo)管孔中心對(duì)氣門(mén)座圈密封面φ0.06mm徑向圓跳動(dòng)的要求，采用鉸孔代替鏜孔是可行的。

由于專(zhuān)用鏜刀剛性不足，所以提高刀具的整體剛性是解決問(wèn)題的根本，采用與氣門(mén)導(dǎo)管內(nèi)孔等直徑的整體硬質(zhì)合金四螺旋齒內(nèi)冷鉸刀（見(jiàn)圖3），消除刀具在加工時(shí)的振動(dòng)。

圖3 整體硬質(zhì)合金四螺旋齒內(nèi)冷鉸刀

經(jīng)批量生產(chǎn)證明，氣門(mén)導(dǎo)管內(nèi)孔表面刀具振動(dòng)痕跡徹底消失，導(dǎo)管內(nèi)孔表面粗糙度值達(dá)到圖樣要求。采用整體硬質(zhì)合金四螺旋齒內(nèi)冷鉸刀切削，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：切削時(shí)，4個(gè)螺旋齒逐步切入內(nèi)孔，每齒負(fù)荷只有整個(gè)刀具負(fù)荷的1/4，切削阻力小，保證了導(dǎo)管內(nèi)孔表面質(zhì)量。鉸刀具有內(nèi)冷結(jié)構(gòu)，噴切削液與鉸孔切削過(guò)程同步進(jìn)行，刀具在整個(gè)加工過(guò)程中能獲得充分冷卻，無(wú)刀具發(fā)熱引起的磨損，鉸刀一次安裝可以加工300件以上合格的內(nèi)孔。用整體硬質(zhì)合金四螺旋齒內(nèi)冷鉸刀，還可以在車(chē)間磨刀房多次刃磨鉸刀的后角，重復(fù)使用，延長(zhǎng)了刀具壽命，大大降低了刀具的成本。

2）粗?jǐn)U缸蓋16個(gè)挺柱孔，機(jī)床出現(xiàn)悶車(chē)。缸蓋16個(gè)挺柱毛坯為φ15mm，粗鏜到φ31.5mm，單邊余量＞7.5mm，刀具進(jìn)給時(shí)軸向阻力太大，有時(shí)機(jī)床出現(xiàn)悶車(chē)。由于刀具進(jìn)給阻力大，刀具與缸蓋挺柱孔摩擦發(fā)熱，出現(xiàn)兩者熔結(jié)現(xiàn)象，所以造成主軸無(wú)法退出工件。將粗?jǐn)U刀改成階梯形狀（見(jiàn)圖4），變?yōu)橄纫淮未謹(jǐn)U，再二次半精擴(kuò)，分散切削負(fù)荷，減少進(jìn)給軸向阻力。經(jīng)驗(yàn)證，此方法不但提高了挺柱孔的加工質(zhì)量，而且再也沒(méi)發(fā)生機(jī)床悶車(chē)現(xiàn)象。

圖4 粗?jǐn)U刀改進(jìn)前、后對(duì)比

3 缸體生產(chǎn)線

1）加工缸體側(cè)面固定發(fā)電機(jī)支架有8個(gè)螺紋孔，鉆M8螺紋底孔φ6.7mm→孔口倒角→銑φ20mm圓撘子，復(fù)合刀（見(jiàn)圖5）失效。復(fù)合刀的設(shè)計(jì)意圖是減少一次換刀時(shí)間，縮短本工序的生產(chǎn)節(jié)拍，將鉆孔、倒角及銑平面復(fù)合起來(lái)，但是加工時(shí)，鉆頭先接觸缸體毛坯鈄面，其定位困難，易折斷，出現(xiàn)鉆頭在與銑刀連接處斷裂現(xiàn)象。經(jīng)分析，復(fù)合刀設(shè)計(jì)違反工藝編制，應(yīng)先加工平面，后鉆孔、倒角的原則。

圖5 復(fù)合刀

2）加工缸體側(cè)面機(jī)油濾清器安裝平面用φ60mm焊接銑刀（見(jiàn)圖6），刀具加工失效。因?yàn)闄C(jī)油濾清器安裝平面為φ70mm，銑刀的直徑投影面＜φ70mm，銑刀直徑小，切削速度低，而且分多次加工，所以，缸體側(cè)面機(jī)油濾清器安裝平面的表面粗糙度、平面度不合格。同時(shí)，焊接銑刀一個(gè)刀齒打壞，整個(gè)銑刀報(bào)廢。改用φ110mm可轉(zhuǎn)位刀片機(jī)夾銑刀后，提高了切削速度，一次銑削成功，既保證了機(jī)油濾清器安裝平面的表面粗糙度、平面度，也大大延長(zhǎng)了機(jī)夾銑刀的壽命，提高了加工效率，降低了刀具成本。

圖6 φ60mm焊接銑刀

4 結(jié)束語(yǔ)

鏜孔一般使用在孔徑大、有位置度要求的孔徑加工中，如鏜缸體的缸孔，采用鏜孔能糾正缸孔前道工序造成的位置度誤差，既滿足各缸孔中心的位置度要求，又能保證缸孔本身的精度。鉸孔適用于＜φ10mm的孔的精加工，鉸刀剛性好，前道工序?yàn)榧庸?dǎo)向孔，不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，雖然糾正不了鉸孔前道工序位置度誤差，但是對(duì)于獨(dú)立要素的孔本身的精度，鉸孔加工能夠得到保證。

鏜孔與鉸孔都是機(jī)加工常用的方法，它們各有利弊。通過(guò)對(duì)缸蓋、缸體加工用刀具分析，選擇合理的刀具結(jié)構(gòu)及合理的刀具參數(shù)，不僅保證了加工成本和加工質(zhì)量達(dá)到相對(duì)平衡，而且提高了缸蓋、缸體的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。